Constructions of new families of nonbinary asymmetric quantum BCH codes and subsystem BCH codes

Two code constructions generating new families of good nonbinary asymmetric quantum BCH codes and good nonbinary subsystem BCH codes are presented in this paper.The first one is derived from q-ary Steane's enlargement of CSS codes applied to nonnarrow-sense BCH codes.The second one is derived from the method of defining sets of classical cyclic codes.The asymmetric quantum BCH codes and subsystem BCH codes here have better parameters than the ones available in the literature.

几类量子BCH码的构造

量子纠错码可以有效地克服量子消相干,是实现量子计算的关键技术.量子纠错码可以利用满足特定关系的经典纠错码来进行构造.BCH码作为一类距离可设计的特殊循环码,具有很好的代数结构,所以可以用来构造量子BCH码.首先给出有限域F_(q)(q为素数方幂)上模n分圆陪集是单元集的等价刻画和性质.然后利用CSS构造和Steane构造得到两类有限域F_(q)上的新的量子BCH码,最后将分圆陪集的相关结果推广到有限域F_(q^(2))上,并利用Hermitian构造得到一类量子BCH码.

有限域上非本原BCH码的对偶包含判定

循环陪集在经典和量子纠错编码理论中具有非常重要的作用.根据CSS编码定理知,利用经典BCH码构造量子BCH码时需要判断经典BCH码是否包含其对偶码.本文给出了循环陪集的若干重要性质,根据这些性质得到了判断有限域上非本原BCH码是否包含其对偶码的准则.本文给出的判断准则时间复杂度为多项式的,并且该判断准则对本原BCH码也适用.

BCH码的定义集分解及应用

以分圆陪集理论和方法为基础,由二元码的Euclid正交性理论和四元码的Hermite正交性理论,分别引入二元BCH码和四元BCH码的定义集分解概念;再利用BCH码的定义集分解导出二元BCH码和四元BCH码的对偶码的正交分解。在此基础上,研究并解决了本原二元和四元BCH码的定义集分解;依据BCH码的定义集分解结论,构造出一些参数优良的纠缠辅助量子纠错码。定义集分解方法简化了由BCH码构造纠缠辅助量子纠错码的理论推导,改进了已有文献中确定最优纠缠比特数的算法,提供了一种计算最优纠缠比特数的新思路,为研究由循环码构造纠缠辅助量子纠错码问题提供了可借鉴的新理论和新方法。

码长为3(q^2-1)的对偶包含BCH码及量子码的构造

利用分圆陪集刻划q2-元BCH码包含其Hermitian对偶码的条件,分别在q=3l+1和q=3l+2情况下,改进了码长n=3(q2-1)的非本原Hermitian对偶包含BCH码的最大设计距离的下界,确定出当2≤δ≤δnew时,对偶包含BCH码的参数,并构造出量子BCH码,结论证明:利用该方法构造出的量子BCH码的参数优于已有文献。

基于分圆陪集的量子BCH码的构造

量子纠错码是克服量子消相干的主要手段,是实现量子计算机的关键技术。量子BCH码可以利用满足特定关系的经典码构造。首先推导了选择分圆陪集的一般性方法,给出了计算每一个分圆陪集包含元素个数的充要条件。然后给出了有限域Fq上利用CSS构造和Steane构造来构造量子BCH码的方法。最后将该方法扩展到有限域Fq2上,给出了利用Hermitian构造来构造量子BCH码的方法。与已有的结果相比,所提方法具有更好的码参数和更高的最小距离下界,可以得到大量新的量子BCH码。此外,所提方法还可以得到一类任意域上的量子最大距离可分码。

有限域上偶数阶量子BCH码的构造方法

量子纠错码是克服量子消相干的主要手段,是实现量子计算机的关键技术.量子码可以利用满足特定关系的经典码构造.本文首先证明了满足Steane构造和Hermitian构造的分圆陪集包含元素个数的充要条件.在此基础上,根据m的不同取值,给出了基于任意有限域的偶数阶上任意码长的非本原非狭义量子BCH码的构造方法.我们的方法在选取参数时没有太多的限制,构造的量子BCH码的最小距离下界扩大至原来的5到10倍,码的性能更好.更重要的是,我们的构造方法是基于任意有限域的,可以得到其他方案无法生成的量子码,丰富了量子BCH码类的内容.

一类特殊码长的非对称量子BCH码

非对称量子纠错码是针对量子通信中不同类型量子错误发生的概率而设计的有效编码方案.纠错性能良好的量子码在量子通信的真实性和可靠性方面起着决定性的作用.本文首先通过研究分圆陪集的性质确定出非本原狭义BCH码满足Hermitian对偶包含的条件;其次,利用推广的CSS构造法构造出一系列特殊码长的非对称量子BCH码;最后,给出了m分别为3和5的两类非对称量子BCH码维数,它们的z-距离远大于已有文献中的结论,因而提高了非对称量子信道中对相位错误的纠错能力.

两类厄米特对偶包含的BCH码及其应用

Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)码是一类重要的经典纠错码,可以纠正多个错误且具有高效的编码和译码方法,满足一定结构关系的BCH码可以构造量子纠错码.本文研究了有限域上两类BCH码,基于分圆陪集的结构性质,给出了这两类BCH码满足厄米特对偶包含的条件,通过确定每个分圆陪集所含元素个数,计算出了这两类厄米特对偶包含的BCH码的维数,并利用厄米特构造法,由这两类厄米特对偶包含的BCH码得到了一些参数较好的量子纠错码.

基于量子BCH码的McEliece及Niederreiter公钥密码算法研究

针对量子计算攻击对传统密码体制的安全威胁,设计出一类抗量子攻击的McEliece公钥密码体制,因为量子计算没有攻击McEliece公钥密码体制的多项式时间算法。给出了3类量子BCH码的生成算法,第1类是一般性量子BCH码生成算法,第2类是特殊的对称量子BCH码生成算法,第3类是特殊的非对称量子BCH码生成算法。以本文生成的非对称量子BCH码为基础,设计出量子McEliece公钥密码体制和量子Niederreiter公钥密码体制,详细给出这两种公钥体制的加密和解密过程。给出的密码体制既保留了抗量子计算优点,又能在量子态下加密和解密,其基本域为任意有限域。分析了这两种体制的计算复杂性理论、数据结构及算法模式,得到了时间复杂性和空间复杂性达到指数级,得到了抵抗Shor算法和Grover算法攻击的结果。最后,利用量子BCH码的结构特征,设计了一种经典Niederreiter体制数字签名,具有抗量子攻击能力。

关于量子BCH码及子系统码二元构造的研究

根据已有的关于二元本原经典BCH码的自同构群的结论,给出了一类特殊的量子BCH码自同构群的描述和量子CSS码码算子的描述。基于GF(4)上迹Hermitian内积和GF(2)上的辛内积之间的关系,给出了量子子系统码的一种二元构造方法,丰富了子系统码的构造方法。

斜对称q^2-分圆陪集及其应用研究

引入斜对称q2-分圆陪集及斜非对称偶的概念,深入考察了n=q2m-1时斜对称分圆陪集及斜非对称偶的性质及确定方法。以此为基础研究了Hermite对偶包含BCH码的极大设计距离。解决了前人留下的一个疑难问题,并改进了前人的一个判别上界,所得到的界是紧的。再利用所得到的满足Hermite对偶包含条件的非狭义BCH码构造出一些具有很好参数的量子纠错码,这些量子码超过已有文献中由狭义BCH码构造的量子纠错码。

两类非对称量子码的构造

通过分圆陪集确定出q^2-元域上2个嵌套的BCH码满足Hermite对偶包含的条件;利用这些满足Hermite对偶包含条件的本原BCH码构造出两类非对称量子码的参数,使构造出的码具有较大的z-距离,而且其参数优于已有文献中的结论,从而提高了码的纠错能力。

有限域上一类常循环BCH码

本文研究了有限域F_(q^(2))上一类码长为q^(2m)−1/r(q−1)的常循环BCH码,其中r|(q+1),q是素数幂.首先,给出了该类常循环BCH码是埃尔米特对偶包含码的一个充要条件.其次,确定这类埃尔米特对偶包含常循环BCH码的参数.最后,利用埃尔米特构造,得到了一些参数较好的量子码.